一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法技术

本发明专利技术公开一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，属于发电、变电或配电的技术领域。每相电流传感器采集的电流信息通过精密整流电路变成双脉波直流信号，进而比较双脉波直流信号和参考信号以产生独立的过流脉冲信号。五相独立的过流脉冲信号在比较器的输出端通过“线与”方式相连以实现脉冲信号融合，并即时封锁IGBT的驱动信号。配置微控制器相应的I/O口为中断输入以快速响应过流脉冲线与信号，此后采用逐脉冲方式封锁IGBT驱动信号，并在1个开关周期后重新开启。并在过流脉冲次数达到预设值后，彻底关闭驱动器，标记为一次持续过流事件。本发明专利技术简单可靠，能有效避免误保护动作。误保护动作。误保护动作。

【技术实现步骤摘要】
一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法


[0001]本专利技术公开一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，采用精密整流电路、比较电路并通过“线与”方式实现电机过流检测及过流脉冲融合，初步快速封锁IGBT驱动信号，过流脉冲还以中断方式反馈至控制器，控制器据此信号采用逐脉冲方式控制电流峰值，由此驱动系统可无扰穿越短时过流(或假过流)事件，属于发电、变电或配电的


技术介绍

[0002]交通电气化是近些年在全球范围内正在发生的一次重大技术变革，当前正在迅速地由电动汽车向电动飞机、电动船舶、电动火车等领域全方位扩展。多相电驱动技术在新一代电气化交通运输系统中备受期待，其中，五相永磁同步电机因功率密度高、容错性能好、振动噪声小而在上述领域具有广阔的应用前景。
[0003]五相永磁同步电机工作环境通常比较恶劣，易发生转子堵转或过载情况，从而出现短路或过流现象，并危害驱动系统安全运行。为了满足电气安全的要求，通常需要对电机电流进行单周期控制或限制。针对电机驱动系统的短路或过流事件，常见的电机电流单周期控制技术有闭环反馈控制技术和逐脉冲限流控制技术。闭环反馈控制技术中涉及的闭环电流调节器无法满足逐周期调制的高响应速度。现有逐脉冲限流控制技术主要分为基于软件算法实现的逐脉冲限流控制技术和通过硬件实现的逐脉冲限流控制技术。基于软件算法实现的逐脉冲限流控制技术首先通过软件检测过流然后再通过软件逐脉冲控制，过流检测的精确度易受采样噪声干扰，过流检测的响应速度受限于数字控制器的处理速度和集成ADC的转换速率。通过FPGA或CPLD等硬件实现的逐脉冲限流控制技术在提高响应速度的同时增加了成本，较窄的滞环环宽会使IGBT工作在一个非常高的开关频率，从而造成IGBT器件在短时迅速积累热量，ADC转换速率和采样噪声水平也是制约可靠性的重要因素。
[0004]综上，本专利技术旨在提出一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，以克服针对电机驱动系统短路或过流事件的逐脉冲限流控制技术的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，通过硬件电路甄别电机过流事件并快速关断驱动脉冲，通过软件算法在开关周期尺度上对电流峰值进行控制，更加准确可靠且迅速地实现电机过流保护的专利技术目的，解决现有针对电机驱动系统过流事件的逐脉冲限流控制技术不能兼顾降低硬件成本和提高响应速度的技术问题。
[0006]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：通过硬件电路甄别电机过流事件并快速关断驱动脉冲，硬件电路包括：一种检测五相电机各相输入交流电流是否过流的过流检测电路、一种由过流脉冲线与信号和使能/封锁信号共同控制的过流保护电路。通过一种判断电机是持续过流还是短时过流异或是假过流的软件控制算法，在开关周期尺度上对
电流峰值进行控制。
[0007]五相永磁同步电机每相输入交流电流的过流检测电路都是相同的，每相输入交流电流的过流检测电路都包括：精密整流电路、EMI滤波电路、比较电路、“线与”输出电路。
[0008]精密整流电路将电流传感器采集的一相输入交流信号转变为双脉波直流信号。
[0009]EMI滤波电路由电阻和电容串并联构成，用来滤除精密整流电路输出的双脉波直流信号中的高频干扰信号。
[0010]比较电路由运算放大器实现，将滤波后的双脉波直流信号接入运算放大器的反相输入端，参考电平接入运算放大器的同相输入端，通过比较滤波后的双脉波直流信号与参考电平的大小判断是否过流，其中，参考电平的数值选取为输入交流电流信号额定峰值的1.5～5倍，可利用比例运算放大电路对霍尔电流传感器供电电源进行处理生成稳定的参考电平。运算放大器为开漏输出且外接上拉电阻至高电平，当输入交流电流过流时，运算放大器输出低电平，反之输出高电平。
[0011]“线与”输出电路用于实现独立过流脉冲信号的融合，输出过流脉冲线与信号。将五路比较电路的输出端通过“线与”逻辑方式联接成一个输出端，形成“线与”输出电路。五相永磁同步电机正常工作时，“线与”输出电路的输出端为高电平，在五相永磁同步电机的任何一路输入交流电流出现过流时，“线与”输出电路的输出端将被拉至低电平，“线与”输出电路融合后的脉冲信号可用于快速封锁IGBT驱动信号，防止电流持续升高。过流脉冲线与信号传输至过流保护电路，过流保护电路在过流脉冲线与信号拉低时产生封锁逆变器全部IGBT的驱动信号，从硬件电路的角度实现即时封锁逆变器全部IGBT驱动信号的目的，防止电流继续升高，实现快速限流，满足过流控制的响应速度。
[0012]为了防止过流脉冲线与信号开通或封锁IGBT驱动信号形成的滞环效应，以及为了避免电机假过流事件导致硬件电路错误封锁IGBT驱动信号的可能，通过微控制器实现一种判断电机是持续过流还是短时过流异或是假过流的软件控制算法，将微控制器I/O端口的工作模式配置为中断输入模式，过流检测电路输出的过流脉冲线与信号传输至微控制器的I/O端口，当过流脉冲线与信号为低电平时生成外部中断请求，在限定时间范围内比较记录的过流脉冲线与信号中断次数与限定次数，输出用于开启或关闭IGBT驱动信号的使能/封锁信号。
[0013]为了防止微控制器在一个开关周期以中断方式多次响应外部过流脉冲，该软件软法记录过流脉冲线与信号产生的中断次数，若在限定时间范围内记录的过流脉冲线与信号中断次数多于限定次数，微控制器则输出封锁逆变器所有IGBT驱动信号的控制信号。
[0014]一种判断电机是持续过流还是短时过流异或是假过流的软件控制算法，具体包括步骤A至步骤C。
[0015]步骤A、在当前开关周期接收到外部中断请求时，关闭下一开关周期的外部中断使能信号，输出关闭下一开关周期IGBT驱动信号的封锁信号，开启过流时间窗计数器并且其数值加1，开启过流脉冲计数器并且其数值加1，过流时间窗计数器用于监控过流持续的时间；在当前开关周期未出现外部中断请求且过流时间窗计数器未开启时，输出开启下一开关周期IGBT驱动信号的使能信号；在当前开关周期未出现外部中断请求但过流时间窗计数器开启时，过流时间窗计数器计数值加1，进入步骤B。过流时间窗计数器开启后，无论下一个开关周期是否出现外部中断请求，过流时间窗计数器计数值都会加1，过流脉冲计数器的
计数值只在出现外部中断请求时加1。
[0016]步骤B、在过流时间窗计数器的计数值加1后，判断过流时间窗计数器的计数值是否大于过流时间窗阈值A，过流时间窗阈值用于限定一个时间范围，过流时间窗阈值A用于判断过流脉冲线与信号中断次数是否超限的时间范围，若否，输出开启下一开关周期IGBT驱动信号的使能信号，开启下一开关周期的外部中断使能信号，微控制器进入下一个开关周期的过流检测判断；若是，过流时间窗计数器数值清零，进入步骤C。
[0017]步骤C、在过流时间窗计数器清零后，判断流时间窗阈值A限定的时间范围内记录的过流脉冲计数器数值是否大于过流脉冲计数阈值B，过流脉冲计数阈值用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，其特征在于，检测五相永磁同步电机的输入交流电流，在至少一相输入交流电流过流时获取过流脉冲线与信号；以外部中断的输入方式获取过流脉冲线与信号，在过流时间窗内计数过流脉冲，过流时间窗内记录的过流脉冲计数值超过阈值时获取使能/封锁信号，所述使能/封锁信用控制逆变器IGBT驱动信号的开启或关闭；根据过流脉冲线与信号、使能/封锁信号，获取IGBT驱动信号。2.根据权利要求1所述一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，其特征在于，采用过流检测电路检测五相永磁同步电机的输入交流电流，所述过流检测电路包括五个检测模块和“线与”输出电路，每个检测模块都包括：精密整流单元、EMI滤波单元、开漏输出的比较器，所述精密整流单元的输入端接五相永磁同步电机的一相输入交流电流，所述EMI滤波单元的输入端与精密整流单元的输出端连接，EMI滤波单元的输出端与比较器的反相输入端连接，比较器的同相输入端接参考电平，各检测模块中的比较器的输出端并接在一起后与“线与”输出电路连接。3.根据权利要求1所述一种软硬件相结合的五相永磁同步电机过流控制方法，其特征在于，采用微处理器以外部中断的输入方式获取过流脉冲线与信号，采用软件算法在过流时间窗内计数过流脉冲获取使能/封锁信号具体包括如下步骤：步骤A、在当前开关周期接收到外部中断请求时，关闭下一开关周期的外部中断使能信号，输出关闭下一开关周期IGBT驱动信号的封锁信号，开启过流时间窗计数器并且其数值加1，开启过流脉冲计数器并且其数值加1；在当前开关周期未出现外部中断请求且过流时间窗计数器未开启时，输出开启下一开关周期IGBT驱动信号的使能信号；在当前开关周期未出现外部中断请求但过流时间窗计数器开启时，过流时间窗计数器计数值加1，进入步骤B；步骤B、在过流时间窗计数器的计数值加1后，判断过流时间窗计数器的计数值是否大于过流时间窗阈值A，若否，输出开启下一开关周期IGBT驱动信号的使能信号，开启下一开关周期的外部中断使能信号，微控制器进入下...

【专利技术属性】
技术研发人员：田兵，胡笳颂雨，卢润泽，周波，魏佳丹，黄旭珍，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：